Interprétation du cycle de vie des mortiers à base des sédiments calcinés

La figure 3.20 représente les résultats des arborescences de la modélisation des quatre scénarios de formulation des mortiers à base de 0%, 5%, 15% et 25% de sédiments calcinés sur l’indicateur changement climatique avec la méthode IMPACT 2002+. La contribution du mortier à base de 0% des sédiments calcinés est de l’ordre de 96,8% pour la production du ciment, de 3,66% pour la consommation du sable, de 0,0287% pour la consommation de le l’eau et de 0,00178% pour la consommation d’électricité. La contribution des mortiers à base de 5%, 15% et 25% des sédiments calciné est de l’ordre de 94,7%, 91% et 86,6% pour la production du ciment, de 1,32%, 4,26% et 7,66% pour le traitement des sédiments calcinés ; de 3,78%, 4,06% et 4,38% pour la consommation du sable ; de 0,0296%, 0,0317% et 0,34% pour la consommation de l’eau et de 0,133%, 0,645% et 1,31% pour la consommation de l’adjuvant et de 0,00184%, 0,00198% et 0,00214% pour la consommation d’électricité.

La comparaison des différents mortiers a montré les mêmes résultats obtenus du bilan environnemental par rapport aux résultats du ciment et pâtes avec substitution partielle par les sédiments calcinés sur l’ensemble des indicateurs. On a constaté que les 12 indicateurs d’impact (toxicité humaine (non cancérigène), radiations ionisantes, destruction de la couche d'ozone, effets respiratoires organiques, écotoxicité aquatique, écotoxicité terrestre, acidification/eutrophisation terrestre, acidification aquatique, eutrophisation aquatique, changement climatique, énergie non renouvelable, extraction de minerais) améliore les impacts environnementaux. Les indicateurs d’impacts de toxicité humaine (cancérigène), les effets respiratoires inorganiques et l’occupation des sols augmentent légèrement les impacts des mortiers à base de substitution partielle des sédiments par rapport au mortier témoin, cela est dû aux mêmes causes pour le ciment et les pâtes. L’ajout du plastifiant BV40 pour les mortiers à base des sédiments calcinés accentue le plus les impacts sur l’indicateur toxicité humaine (cancérigène) (figure 3.21 et tableau 3.14).

Figure 3. 20 : Arborescence de la modélisation des différents scénarios sur l’indicateur changement climatique avec la méthode IMPACT 2002+ : a) mortier à base de 0% des sédiments calcinés ; b) mortier à base de 5% des sédiments calcinés ; c) mortier à base de 15% des sédiments calcinés et d) mortier à base de 25% des

Tableau 3. 14 : Comparaison des indicateurs d’impacts environnementaux des quatre mortiers à base de substitution des sédiments calcinés, selon IMPACT 2002+.

Catégorie d'impact Unité Mortier à base de 0% SC Mortier à base de 5% SC Morier à base de 15% SC Mortier à base de 25% SC Toxicité humaine (cancérigène) kg C2H3Cl eq 0,7650 0,7686 0,8143 0,8725

Toxicité humaine (non cancérigène) kg C2H3Cl eq 1,0177 1,0078 1,0029 1,0029 Effets respiratoires inorganique kg PM2.5 eq 0,1141 0,1126 0,1107 0,1091 Radiations ionisantes Bq C-14 eq 353,8784 352,8854 357,9434 365,2803 Destruction de la couche d'ozone kg CFC-11 eq 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 Effets respiratoires organique kg C2H4 eq 0,0437 0,0458 0,0506 0,0557

Ecotoxicité aquatique kg TEG water 9906,9708 9657,2013 9214,3301 8789,7926 Ecotoxicité terrestre kg TEG soil 3189,6562 3132,3074 3034,8021 2942,8590 Acidification/Eutrophisation

terrestre

kg SO2 eq 3,1802 3,1254 3,0313 2,9423

Occupation des sols m2org.arable 1,8965 1,9139 1,9576 2,0041

Acidification aquatique kg SO2 eq 0,5025 0,4956 0,4869 0,4797 Eutrophisation aquatique kg PO4 P-lim 0,0104 0,0102 0,0101 0,0101 Changement climatique kg CO2 eq 436,8949 422,0023 393,0658 364,4039 Energie non renouvelable MJ primary 6574,5923 6337,3600 5886,1291 5442,4151 Extraction de minerais MJ surplus 3,9688 3,8396 3,6204 3,4139

Figure 3. 21 : Histogramme de comparaison des impacts sur l’ensemble des indicateurs de la modélisation des quatre mortiers à base des sédiments calcinés, selon IMPACT 2002+.

La figure 3.22 représente les résultats de comparaison des scores de dommages d’impacts des différentes pâtes à base de 0%, 5%, 15% et 25% de sédiments calcinés, selon IMPACT 2002+. Les résultats montrent que les pâtes avec un fort taux de substitution offrent les meilleures performances environnementales. Leurs scores sont inférieurs aux scores de la pâte témoin dans les catégories santé humaine, qualité des écosystèmes, changement climatique et ressources.

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% To xi ci té hum ain e (c an cér ig èn e) To xi ci té hum ain e (n o n ca n céri g èn e) Ef fet s resp iratoi res inor g aniqu e R adiat io n s ionisantes D es tructi o n de la c ou che d 'ozon e Ef fet s resp iratoi res org ani que Eco to x icit é aq u atique Eco to x icit é terres tr e Acid if icatio n/E u tr o phi sation terres tre Occu p ation d es sols Acid ifica tion aq u atique Eu troph isation aqua tiqu e C hang ement c limati que En ergie n o n r enou v elab le Ex trac tion d e mi n er ais

Figure 3. 22 : Comparaison des scores de dommages d’impacts des mortiers à base de 0%, 5%, 15% et 25% sédiments calcinés, selon IMPACT 2002+.

La figure 3.23 représente les résultats de comparaison des impacts environnementaux pondérés totaux des différentes pâtes à base de 0%, 5%, 15% et 25% de sédiments calcinés issus de la pondération, selon IMPACT 2002+. Un point correspond ici à une pers.an pour toutes les catégories de dommages. Les résultats de comparaison des différents ciments pondérés en score unique montrent que le mortier témoin sans substitution présente le plus grand impact environnemental, suivi du mortier à base de 5%, 15% et 25% de sédiments calcinés. Le taux de 25% est le taux le plus avantageux sur le plan environnemental.

Figure 3. 23 : Comparaison des impacts environnementaux pondérés totaux des différentes pâtes à base de 0%, 5%, 15% et 25% de sédiments calcinés issus de la pondération, selon IMPACT 2002+.

Un point correspond ici à une pers.an pour toutes les catégories de dommages.

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Santé humaine Qualité des écosystèmes Changement climatique Ressources

Mortier à base de 0% SC Mortier à base de 5% SC Morier à base de 15% SC Mortier à base de 25% SC

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Mortier à base de 0% SC Mortier à base de 5% SC Mortier à base de 15% SCMortier à base de 25% SC Santé humaine Qualité des écosystèmes Changement climatique Ressources

1.4 CONCLUSION

L’intérêt de la valorisation des sédiments de dragage des barrages répond à l’élimination des zones de rejet qui posent un problème important aux gestionnaires de l’ANBT pour la diminution des émissions de CO2 dans l’atmosphère. Les scénarios étudiés ont porté sur le

développement d’un nouveau procédé de production des sédiments de dragage calcinés en Algérie selon deux scénarios. Le scénario 1 consistait à utiliser les sédiments à l’état sec. Cette opération nécessite un temps de séchage à l’air libre assez important. Le scénario 2 a été réalisé sur des sédiments à l’état humide. Le temps de séchage est plus réduit. Le choix se portera sur le scénario 1, les impacts environnementaux ont été plus faibles ; d’où une nette amélioration sur les indicateurs environnementaux. Les résultats de l’analyse du cycle de vie du processus de production des sédiments de dragage mettent en évidence la possibilité de développer un processus qui respecte l’environnement. L’étape de calcination est la plus impactante sur l’environnement. Il y a lieu d’envisager une recherche plus détaillée sur un nouveau procédé, avec une optimisation de consommation d’énergie. La phase de calcination peut être envisagée avec un choix plus judicieux d’un four flash moins consommateur d’énergie. La meilleure manière d’exploitation des sédiments de dragage est une exploitation à l’état sec. L’installation d’une usine de transformation des sédiments de dragage peut être envisagée. L’exploitation après un séchage complet, permettra d’optimiser les impacts environnementaux.

L’évaluation environnementale du processus expérimental a montré que les mortiers, les pâtes et les ciments avec un fort taux de substitution offrent les meilleures performances environnementales, sur les catégories santé humaine, qualité des écosystèmes, changement climatique et ressources.

’objectif du thème étudie était la valorisation des sédiments dragués depuis l’extraction jusqu’au traitement. Un programme expérimental d’identification et de caractérisation a montré que les meilleurs résultats du comportement mécanique des mortiers confectionnés s’observent à des températures de cure de 20°C à 40°C et avec une substitution partielle de ciment par les sédiments calcines à un taux de 25%.

L’intérêt de la valorisation des sédiments de dragage des barrages répond à l’élimination des zones de rejet qui posent un problème important aux gestionnaires de l’ANBT. La solution serait de substituer les sédiments calcinés partiellement au ciment pour la diminution des émissions de gaz à effets de serre. Les meilleurs résultats du comportement mécanique des mortiers confectionnes ont été observés à des températures de cure de 20°C et 40°C. Avec une accélération de l’activité pouzzolanique à 90 jours pour la cure à 40°C et 180 jours à 20°C le développement des résistances à la compression est relativement supérieur à celui des résistances du mortier témoin.

Une étude d’analyse de cycle de vie des sédiments calcinés effectuée dans notre laboratoire pour la production d’une tonne de sédiments calcinés par rapport à une tonne de ciment en Algérie a montré un gain entre 62,05% à 71,05% des émissions de gaz à effets de serre dans l’environnement. Les résultats obtenus par les études menées auparavant sur la valorisation des sédiments des barrages offrent des perspectives d’industrialisation de ces sédiments comme matières premières dans l’industrie cimentaire.

Une partie de l’étude a porté sur le développement d’un procédé de production des sédiments de dragage calcinés, sur l’influence du taux d’humidité des sédiments de dragage calcinés, sur la consommation d’énergie électrique et surtout son impact sur l’environnement des différents paramètres. L’installation d’une usine de traitement des sédiments de dragage pourrait être envisagée. L’élimination des déblais de dragage des barrages visera à transformer cette contrainte écologique en opportunité économique en optant pour des voies de valorisations appropriées améliorant les impacts et respectant l’environnement.

Cette recherche a pour objectif d’analyser le cycle de vie des sédiments dragués depuis l’extraction jusqu’au traitement. Deux scénarios sont proposés pour l’installation du processus

L

de traitement après le dragage et le stockage des sédiments. Les travaux de recherche ont été orientes particulièrement vers l’influence du taux d’humidité des sédiments sur la consommation d’énergie et des ressources et surtout l’impact sur l’environnement des différents paramètres à l’aide du logiciel GEMIS 4.95 et SimaPro 8.5.2.0. Les résultats de cette étude d’analyse du cycle de vie du nouveau processus d’industrialisation des sédiments de dragage montrent que le potentiel de réchauffement climatique (GES) est de 0,246 t éq de CO2/t de sédiments, le potentiel d’acidification est de 4,55×10ˉ4 t de SO2 éq/t de sédiments, le

potentiel d’ozone troposphérique est de 9,97×10ˉ4 t de TOPP éq/t de sédiments et la dépense d’énergie cumulée est de 2506,75 en MJ/t de sédiments. L’indicateur du potentiel de changement climatique pour les ciments à base 0%, 5%, 15 et 25% donne des émissions de 935,10 kg CO2 éq/T, 901,73 kg CO2 éq/T, 835 kg CO2 éq/T et 768,29 kg CO2/T. Soit un gain

de 3, 57%, 10,70% et 17,84% pour les ciments à base de 5%, 15% et 25% de sédiments calcinés. Les résultats de cette étude sont comparés par rapport à d’autres études effectuées en Algérie. L’évaluation environnementale du processus expérimental a montré que les mortiers, les pâtes et les ciments avec un fort taux de substitution offrent les meilleures performances environnementales, sur les catégories santé humaine, qualité des écosystèmes, changement climatique et ressources.

Comme perspectives :

Au vu des résultats de cette étude, de nouveaux paramètres pourront la compléter, en variant la cure à 10°C et 40°C de la chaleur d’hydratation pour calculer l’énergie d’activation des sédiments calcinés et la comparer par rapport au métakaolin. Lancer une étude analytique sur l’élaboration d’un logiciel de formulation des mortiers bétons avec substitution partielle du ciment par des sédiments, le développement d’un modèle de prédiction et l’utilisation des algorithmes génétiques (AG) et des réseaux de neurones artificiels (RNAs) ; ou leur combinaison (RNAG).

Les prochaines recherches pourraient porter sur des analyses de sensibilité plus affinées ; sur des analyses d’incertitude avec adoption de la méthode Monté Carlo ; et la conception d’un affichage environnemental visant la promotion des résultats de l’industrialisation des sédiments calcinés. Cette étude pourrait être étendue aux bétons et aux bétons autoplaçants, Enfin, il est intéressant de commencer une étude socio-économique des sédiments de dragage du barrage de Chorfa II, une analyse du cycle de vie du coût et une analyse sociale (LCC et SLCA).

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